6. Лазерні технології

Нині за допомогою лазерів ведуться такі технологічні процеси: зварювання і різання металів, термообробка поверхні, свердління отворів тощо.

Лазерна термообробка складається з процесу загарто­вування поверхні металу, легування і подальшої лазерної обробки (склування) - створення поверхневого шару з аморфною структурою. Загартовування відбувається завдяки швидкому охолоджуванню металу, нагрітого до високої температури. При лазерному імпульсному нагріванні поверхня нагрівається за тисячні частки секунди. За цей час прогрівається шар близько 1 мм, при цьому деталь залишається холодною. Після закінчення дії лазера опромінена ділянка з великою швидкістю (до 108 град/с) охолоджується за рахунок відведення тепла в основний об'єм деталі. В результаті зносостійкість деталі завдяки твердому шару збільшується в декілька разів. Лазерне загартовування здійснюється для великогабаритних деталей і деталей складної конфігурації.

Лазерне легування застосовується для поліпшення властивостей поверхні деяких частин деталей, що працюють при підвищених навантаженнях. На робочу поверхню наносять легувальну домішку у вигляді порошку і зв'язуючої основи. Потім лазерним променем розплавлюють цей шар. Відбувається дифузія та утворення легованого шару.

Лазерне зварювання має переваги порівняно з іншими видами зварювання, тому що дозволяє якісно з'єднувати вироби з великою глибиною проплавлення, тобто з великим відно­шенням глибини шва до його ширини. Поперечний переріз лазерного шва схожий на лезо кинджала, тому лазерне проплавлення називають "кинджальним": можна зварювати вироби з різною товщиною стінок.

Переваги лазерного зварювання: відсутність усадки матеріалу, термічної деформації деталей, міцність і висока якість шва, можливість проведення зварювання у важкодоступних місцях і при великій віддаленості джерела випромінювання від деталі; можливість зварювання металів, які не піддаються зварюванню та паянню іншими методами; є можливість повної автоматизації.

Лазерне наплавлення - різновид лазерного зварювання. Воно є технологією для відновлення зношених деталей. Звичайно зношуванню піддається невеликий поверхневий шар. Якщо відновити цей шар, то деталь може далі працювати. Лазер з великою швидкістю наплавляє шар металу, не нагріваючи при цьому масу деталі. Таким чином відновлюють деталі автомобілів і сільськогосподарських машин, клапани, коромисла клапанів, розподільні вали тощо.

Якщо збільшити інтенсивність випромінювання лазера, то можна проводити "пропалювання" металу - лазерне різання. Лазером ріжуть не тільки метали, а й кераміку, азбест, інші композиційні матеріали. При цьому забезпечується якість різання та не потрібна додаткова обробка. Різання відбувається з великими швидкостями: для листів з титану - у ЗО разів, а для сталі - в 10 разів більшими, ніж при механічному різанні.

Відомо, що лазер застосовується в хірургії як скальпель. При цьому на розрізах "заварюються" кровоносні судини, що зменшує кровотечу.

Лазерне свердління використовується для свердління отворів у годинникових каменях та алмазних дисках (фільтрах). Можна робити різні отвори діаметром від 4 до 100 мкм з відношенням глибини до діаметра близько 50, що іншими методами виконати дуже важко. Лазерне свердління має переваги порівняно з механічним, особливо при обробці великогабаритних деталей складної форми.

Література

1. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: В 2 т. / Под ред. В.П. Смоленцева. - М.: Высшая школа, 1983. - Т. 1: Обработка материалов с приме­нением инструмента. - 247 с.; Т. 2: Обработка материалов с использованием высококонцентрированных источников энергии. - 208 с.

2. Электроразрядная обработка материалов. Вып. 2. / Под ред. Л.Я. Попилова. - Л.: Машиностроение, 1971. - 256 с.

3. Методичні вказівки до лабораторних робгг з курсу «Електрофiзичні та електрохімічні методи обробки» /Укл. B.C. Поздеев, 6.Я. Губар, Г.В. Канашевич, Д.І. Котельшков. -Черкаси: 4ITI, 1993. - 40 с.

4. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. - М., 1973.

5. Дудко В.А. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. - М., 1974.

6. Коваленко B.C. Лазерна обробка матер1ал!в: можливосп, перспективи // В1ст1 Академп шженерних наук Украши. -1992. - № 2. - С. 25.

7. Мовчан Б.А., Тихоновский А.Л., Куранов Ю.А. Элек­тронно-лучевая плавка и рафинирование металлов. - К., 1973.

8. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки: Учебник для вузов / Бачин В.А., Квасницкий В.Ф., Котельников Д.И. и др. / Под ред. В.А. Бачина. - М.: Машино­строение, 1991. - 352 с.

9. Белоцкий А.В., Виниченко В.Н., Муха И.М. Ультра­звуковое упрочнение металлов. - К.: Техника,1989. - 168 с.

Лекція №9. ОСНОВИ ЕНЕРГЕТИКИ. ВИДИ ЕНЕРГІЇ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ

Питання до вивчення

1. Промислові методи одержання енергії.

2. Аналіз і перспективи розвитку енергетичної бази України.

3. Альтернативні методи одержання енергії (перетворення енергії сонця, вітру, хвиль тощо).